[發(fā)明專利]一種功率IGBT模塊的壽命預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410393391.8
• 申請(qǐng)日: 2014-08-12
• 公開（公告）號(hào): CN105335602B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李志剛;左帥;姚芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)12210
• 代理人: 李濟(jì)群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源發(fā)電系統(tǒng)可靠性技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到一種核心變流裝置功率IGBT模塊的壽命預(yù)測(cè)。

背景技術(shù)

近年來，以功率IGBT模塊為核心的變流裝置在新能源發(fā)電、電動(dòng)汽車領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。然而在實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)載的不穩(wěn)定性和劇烈波動(dòng)性，加快了作為功率變流裝置核心器件的IGBT的老化，系統(tǒng)可靠性降低。因此對(duì)功率IGBT模塊的壽命預(yù)測(cè)顯得十分重要。在影響導(dǎo)致功率IGBT模塊壽命的因素中，結(jié)溫及結(jié)溫變化是導(dǎo)致功率IGBT模塊損壞最直接、最重要的因素。但現(xiàn)有的基于結(jié)溫監(jiān)控預(yù)測(cè)IGBT壽命的方法，均需基于設(shè)定工況作出，只能預(yù)測(cè)出設(shè)定工況下IGBT的壽命，而對(duì)于電動(dòng)汽車、新能源發(fā)電等負(fù)載不穩(wěn)定、且變化不規(guī)律的使用場(chǎng)合，采用現(xiàn)有預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)壽命與實(shí)際壽命存在較大誤差。無法對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)剩余壽命預(yù)測(cè)。

中國專利CN101087125B公開了一種具有壽命預(yù)測(cè)功能的電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該文件中指出可以通過對(duì)IGBT結(jié)溫及結(jié)溫變化實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)其剩余壽命，公式及方法如下：

L_IGBT＝N(T_j，ΔT_j)·t_cycle(5)

式中：N(T_j，ΔT_j)是在IGBT結(jié)溫T_j和結(jié)溫變化ΔT_j下循環(huán)功率曲線，t_cycle是功率循環(huán)時(shí)間，單位：s，這兩者是由IGBT制造商給出。

該方法中計(jì)算剩余壽命需依靠IGBT制造商給出的功率循環(huán)曲線和功率循環(huán)時(shí)間，但這兩個(gè)參數(shù)的同樣是基于某種設(shè)定工況作出的，當(dāng)實(shí)際工況與設(shè)定工況不符時(shí)，其預(yù)測(cè)出的剩余壽命也并不準(zhǔn)確，因此，提供一種能夠適應(yīng)各種工況，基于結(jié)溫及結(jié)溫變化準(zhǔn)確實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)IGBT剩余壽命的方法，成為現(xiàn)有技術(shù)中亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠適應(yīng)各種工況，基于結(jié)溫實(shí)時(shí)檢測(cè)準(zhǔn)確實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)IGBT剩余壽命的方法。

本發(fā)明提供了一種功率IGBT模塊的壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于該方法基于實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)，

首先，由實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的溫度獲得其離散有限序列，將此序列進(jìn)行線性擬合得到連續(xù)函數(shù)，再經(jīng)傅里葉變換為正弦量，按電路解析方法，通過壽命損耗調(diào)節(jié)函數(shù)C，求解在壽命消耗函數(shù)R(T)和Rc上的壽命損耗，進(jìn)而預(yù)測(cè)出功率IGBT模塊的剩余壽命。

所述的功率IGBT模塊的壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于IGBT模塊結(jié)溫以一定頻率和幅值波動(dòng)時(shí)，功率IGBT模塊的瞬時(shí)壽命損耗P依式(1.1)計(jì)算

所述式(1.1)中T(t)為將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)得到結(jié)溫T的離散有限序列進(jìn)行線性擬合得到表征T隨時(shí)間t變化的連續(xù)函數(shù)；ω為角頻率，ω＝2πf_T，f_T為IGBT模塊結(jié)溫變化頻率，

所述功率IGBT模塊累積消耗的壽命θs根據(jù)式(2.1)計(jì)算

當(dāng)IGBT以恒定結(jié)溫運(yùn)行時(shí)，P依式(1.2)計(jì)算，

累積消耗壽命根據(jù)式(2.2)計(jì)算

t_s為IGBT模塊實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，t_z是實(shí)際工況下的最終可運(yùn)行時(shí)間

模塊剩余壽命Lr如式(3)，

L_r＝L-θ_s(3)，L為功率IGBT總壽命，

所述式(1.1)的參數(shù)中，R(T)、R_c和C的獲取過程如下：

需要選取相同型號(hào)的功率IGBT模塊3組，每組m個(gè)，m≥1，

將3組模塊分別在按以下步驟操作。

1)模塊組1運(yùn)行在恒定結(jié)溫T₁下，得到n₁個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的溫度序列和剩余壽命值，每組得到m個(gè)總壽命值，將總壽命值求平均值得L₁。

2)讓其他兩組模塊圍繞結(jié)溫T₁，分別在正弦波動(dòng)下運(yùn)行，所述正弦波幅值固定，頻率分別為f₁、f₂，分別得到對(duì)應(yīng)的溫度序列，m個(gè)總壽命值，各自將總壽命值求平均值得L₂，L₃。